JP2000155079A - 半導体ウェーハの不純物分析方法およびこの方法に用いられる試料作製装置 - Google Patents
半導体ウェーハの不純物分析方法およびこの方法に用いられる試料作製装置Info
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Abstract
自動的に行える半導体ウェーハの不純物分析方法および
この方法に用いられる試料作製装置を提供する。 【解決手段】半導体ウェーハW上に分解液を滴下し、一
定時間経過後の半導体ウェーハW上の分解液Lの位置を
センサ手段2で取り込み、制御手段で演算して分解液L
の位置を判定し、制御手段により回収手段を分解液の回
収可能位置に位置させ、回収手段4により半導体ウェー
ハW上の分解液Lを回収し、さらに、この回収された分
解液Lを用いて高感度分析法により分析する半導体ウェ
ーハの不純物分析方法。
Description
純物測定方法およびこの方法に用いられる試料作製装置
に係わり、特に分解液の回収を自動的に行える半導体ウ
ェーハの不純物測定方法およびこの方法に用いられる試
料作製装置に関する。
バイスの微細化に伴い、半導体材料の金属汚染は半導体
デバイスの性能を著しく劣化させるため、金属汚染の低
減が重要な問題になっている。金属汚染の低減には高感
度な不純物測定方法により、半導体ウェーハの表面の金
属汚染の状態を的確に把握して、適切な低減策を講じる
必要がある。
272359号公報には、表面に酸化膜を形成した半導
体ウェーハ上にHF系溶液を滴下し、一定時間放置した
後、滴下液を捕集して液中の不純物を分析するウェーハ
表面の不純物量の測定方法が記載されている。また、特
開平3−4166号公報には、HF系ガスに晒し疎水化
した半導体ウェーハ上にHF系溶液を滴下し、さらに、
この滴下した溶液をウェーハ上で転がし、この転がした
溶液を捕集して溶液を測定するウェーハ表面の不純物量
の測定方法が記載されている。
定方法は、簡便かつ高精度に半導体ウェーハの表面の不
純物量を測定できるので、現在も有効に活用されてい
る。
物量の測定方法はその実施工程において、作業者の手作
業のよるところが多いため、半導体ウェーハの大口径化
に伴い、重量と面積が増して、作業者の負担が増大して
いる。
66号公報の方法を具体化した測定装置は、不純物を捕
集するために、HF蒸気によるウェーハ表面の疎水処理
を行う必要がある。そのため、Cu等の重金属が表面に
付着してしまい、正確な不純物量が得られないことや、
滴液のスキャニング時における機械特有の金属摩耗によ
る汚染があり、微量不純物の定量ができないという問題
がある。さらに静電気発生により滴下の制御が不可能い
なるという問題があり、自動化が困難な状態にある。
ハ上に滴下された分解液の回収を自動的に行える半導体
ウェーハの不純物測定方法およびこの方法に用いられる
試料作製装置が要望されている。
もので、半導体ウェーハ上に滴下された分解液の回収を
自動的に行える半導体ウェーハの不純物分析方法および
この方法に用いられる試料作製装置を提供することを目
的とする。
になされた本願請求項1の発明は、半導体ウェーハ上に
分解液を滴下し、一定時間経過後の半導体ウェーハ上の
分解液位置をセンサ手段で取り込み、制御手段で演算し
て分解液位置を判定し、制御手段により回収手段を分解
液の回収可能位置に位置させ、回収手段により半導体ウ
ェーハ上の分解液を回収し、この回収された分解液を用
いて高感度分析法により分析する半導体ウェーハの不純
物分析方法であることを要旨としている。
CCDカメラであることを特徴とする請求項1に記載の
半導体ウェーハの不純物分析方法であることを要旨とし
ている。
法は全反射蛍光X線分析法であることを特徴とする請求
項1または2に記載の半導体ウェーハの不純物分析方法
であることを要旨としている。
法は誘導結合プラズマ質量分析法であることを特徴とす
る請求項1または2に記載の半導体ウェーハの不純物分
析方法であることを要旨としている。
法は原子吸光分光法であることを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の半導体ウェーハの不純物分析方法である
ことを要旨としている。
より、半導体ウェーハから回収された分解液を、上記半
導体ウェーハ上の所定の位置に滴下し、この半導体ウェ
ーハを加熱して分解液を乾固する工程を含むことを特徴
とする請求項3に記載の半導体ウェーハの不純物分析方
法であることを要旨としている。
より、複数枚の半導体ウェーハから別個に回収された分
解液を、別個の半導体ウェーハ上のそれぞれ異なる所定
の位置に滴下し、この半導体ウェーハを加熱して分解液
を乾固する工程を含むことを特徴とする請求項3に記載
の半導体ウェーハの不純物分析方法であることを要旨と
している。
導体ウェーハに滴化され回収された分解液を目皿のそれ
ぞれ別個の異なる所定の位置に滴下し、この目皿に回収
された分解液を用いて分析を行う工程を含むことを特徴
とする請求項4または5に記載の半導体ウェーハの不純
物分析方法であることを要旨としている。
に滴下された分解液の一定経過後の半導体ウェーハ上の
分解液位置を取り込むセンサ手段と、このセンサ手段か
らの分解液位置情報を受け、この分解液位置を演算して
判定する制御手段と、この制御手段により制御され、判
定された分解液位置情報に基づき分解液位置にアクセス
可能に設けられて、所定時間経過後に分解液を回収する
回収手段とを有することを特徴とする半導体ウェーハの
不純物分析用の試料作製装置であることを要旨としてい
る。
は回収した分解液を別個に配置された半導体ウェーハに
滴下するように制御されることを特徴とする請求項9に
記載の半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置で
あることを要旨としている。
は回収した分解液を半導体ウェーハから離間して配置さ
れた目皿に滴下するように制御されることを特徴とする
請求項9に記載の半導体ウェーハの不純物分析用試料の
作製装置であることを要旨としている。
段はCCDカメラであることを特徴とする請求項9ない
し11のいずれか1項に記載の不純物分析用の試料作製
装置であることを要旨としている。
はテフロン製ノズルであることを特徴とする請求項9な
いし12のいずれか1項に記載の不純物分析用の試料作
製装置であることを要旨としている。
不純物分析方法およびこの方法に用いられる半導体ウェ
ーハの不純物分析用の試料作製装置の第1の実施形態に
ついて図面を参照して説明する。
純物分析方法に用いられる試料作製装置1の概念図であ
る。
うに、半導体ウェーハW上に滴下された分解液の一定時
間経過後の半導体ウェーハW上の分解液位置pを取り込
むセンサ手段、例えばCCDカメラ2と、このCCDカ
メラ2からの位置情報を受け、滴下位置Pを演算して判
定する制御手段3と、この判定した一定時間経過後の分
解液位置情報に基づき制御されて分解液位置Pにアクセ
ス可能に設けられ、所定時間経過後に分解液Lを回収す
る回収手段、例えばポリテトラフルオロエチレン(テフ
ロン)製の吸引ノズル4とを有している。
分解液を滴下する滴下ノズル5と、ウェーハ載置台6に
載置された半導体ウェーハWに対向する下方にヒータ7
が設けられている。
対向して上方に配置されており、また吸引ノズル4およ
び滴下ノズル5には、制御手段3からの位置情報に基づ
き制御させて、吸引ノズル4および滴下ノズル5を3次
元に動かして半導体ウェーハWのいずれの位置にもアク
セス可能にする駆動機構8、9が設けられている。
位置情報を受け処理する画像処理装置10と制御装置1
1から構成されている。なお、画像処理装置10と制御
装置11は本実施形態のように別個に形成してもよく、
また一体に形成されたものでもよい。
御手段3に制御される移載機構12が配置され、さら
に、この移載機構12に隣接して複数枚の半導体ウェー
ハWの収納が可能なウェーハラック13が配置されてい
る。
た半導体ウェーハWの不純物分析方法を説明する。
させ、ウェーハラック13から1枚の半導体ウェーハW
を取り出し、ウェーハ載置台6に載置する。
12を作動させて、分解液例えばHF系溶液を半導体ウ
ェーハWの一側に滴下する。滴下されたHF系溶液L1
は図5に示すように、半導体ウェーハWの自然酸化膜と
反応しながら、1分後(図5(a))には半導体ウェー
ハWの一側に広がった分解液L1となり、直径300m
mの半導体ウェーハWの全域に広がった後、2分後(図
5(b))には半導体ウェーハWの他側に集約されたH
F系溶液L2 となり、所定時間例えば3分後(図5
(c))には他側で半球形状に集まったHF系溶液Lと
なる。
手段3によりCCDカメラ2を制御して、半球形状のH
F系溶液Lの溶液位置pを取り込む。溶液位置pの取り
込みにはCCDカメラ2によって、図6に示すように、
半導体ウェーハWの表面上の形状(または輝度、色彩)
が半導体ウェーハWの表面の形状(または輝度、色彩)
と異なる部分pを求め、この部分pの座標を予め定めら
れた半導体ウェーハWのX、Y(1、1)から(n、
m)の位置として求める。このようにCCDカメラ5よ
り取り込まれた溶液位置pの画像信号は、二値化回路を
含む画像処理装置10で二値化され、さらに画像処理さ
れて出力される。
置11に送られ、この制御装置11において、溶液位置
pが演算され、判定される。この判定された溶液位置p
の位置情報に基づき、制御装置11により駆動機構8を
制御して、吸引ノズル4を溶液位置pに移動させ、吸引
ノズル4により半球形状のHF系溶液Lを回収する。
まらず、複数個に分散しているときは、大きい半球形状
の分解液から順に回収するようにプログラムを設定して
おき、また、回収しなくてもよい下限値についても設定
しておく。
2を制御して、半導体ウェーハWの所定の位置、例えば
ウェーハ中央部の位置を取り込み、CCDカメラ5より
撮像されたウェーハ中央部の画像信号は、二値化回路を
含む画像処理装置10で二値化され、さらに画像処理さ
れて出力される。
置11に送られ、この制御装置11において、ウェーハ
中央部が演算され、判定される。ウェーハ中央部位置の
判定に基づき、制御装置11より駆動機構8を制御し
て、吸引ノズル4をウェーハの所定の位置、例えば中央
部に移動させ、吸引ノズル4によりHF系溶液Lを半導
体ウェーハW上に滴下する。
電させて半導体ウェーハWを加熱し、HF系溶液Lを直
径約5mmに乾固させる。HF系溶液Lの乾固後、制御
手段3により移載機構12を作動させてHF系溶液Lが
乾固された半導体ウェーハWをウェーハラック13に戻
す。このような乾固処理工程を繰り返し、ウェーハラッ
ク13の半導体ウェーハWの乾固処理は自動的に行われ
完了する。このようにして、半導体ウェーハW上の不純
物を1ケ所に濃縮して分析する試料が作製される。
の半導体ウェーハWを高感度分析法、例えば図7に示す
ような一般に用いられている全反射蛍光X線分析法によ
り分析する。
対陰極によって発生したX線は、モノクロメータで単色
化され、試料ウェーハにすれすれの角度で入射する。入
射したX線は、そのほとんどがウェーハ表面で反射す
る。この時、試料ウェーハを構成する元素(例えばS
i)の蛍光X線の発生は抑制され、ウェーハ表面にある
不純物から発生する蛍光X線強度が相対的に大きくな
る。発生したX線はウェーハ直上にある固体検出器(S
SD)により検出され、エネルギ分散方式で解析され
る。
試料作製装置によれば、半導体ウェーハW上の不純物を
1ケ所に濃縮した、特に全反射蛍光X線分析法に適する
試料の作製が自動化できて、また作製を迅速かつ容易に
行うことができ、さらに試料が汚染されることもない。
また、本第1の実施形態の試料作製装置を用いた半導体
ウェーハの不純物分析方法によれば、自動化され誰にも
容易かつ迅速に分析ができ、試料の汚染がなく、高感度
の分析ができる。
純物分析方法およびこの方法に用いられる半導体ウェー
ハの不純物分析用の試料作製装置の第2の実施形態につ
いて説明する。
1を半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置と同
一部分には、同一符号を付して説明する。
導体ウェーハW上に滴下され一定時間経過後の分解液位
置pを取り込むCCDカメラ2と、一定時間経過後の分
解液位置情報に基づき制御されて分解液位置pにアクセ
ス可能に設けられ、所定時間経過後に分解液Lを回収す
るテフロン製の吸引ノズル22が設けられている。
6に近接して設けられた第2ウェーハ載置台23にも近
接して設けられ、この第2ウェーハ載置台23に載置さ
れた新規別個の半導体ウェーハW2に、半導体ウェーハ
Wから回収した分解液Lを滴下可能に設けられている。
ータ26が設けられ、半導体ウェーハW2に対向する上
方には第2CCDカメラ24が配置されている。吸引ノ
ズル22には駆動機構25が設けられ、この駆動機構2
5、上記第2CCDカメラ24およびヒータ26は、図
2に示す上記第1実施形態の試料作製装置1と同様に制
御装置11に接続されている。
を用いた半導体ウェーハWの不純物分析方法を説明す
る。
させ、ウェーハラック13から1枚の半導体ウェーハW
を取り出し、ウェーハ載置台6に載置する。
ル5を作動させて、分解液例えばHF系溶液を半導体ウ
ェーハWの一側に滴下する。所定時間経過後、CCDカ
メラ2より撮像された溶液位置pの画像信号に基づき上
述第1の実施形態の場合と同様に制御装置11により駆
動機構25を制御して、吸引ノズル22を溶液位置pに
移動させ、吸引ノズル22により半球形状のHF系溶液
Lを回収する。しかる後、制御手段3により第2CCD
カメラ24を制御して、半導体ウェーハWの所定の位置
情報を取り込み、第2CCDカメラ24より撮像された
半導体ウェーハW2の画像信号は、二値化回路を含む画
像処理装置で二値化され、さらに画像処理されて出力さ
れる。この画像処理装置からの出力は制御装置11に送
られ、この制御装置11において、所定位置の演算が行
われ、判定される。所定位置の判定に基づき、制御装置
11より駆動機構25を制御して、吸引ノズル22を所
定位置に移動させ、吸引ノズル22によりHF系溶液L
を別個の新規半導体ウェーハW2上に滴下する。
に通電させて半導体ウェーハW2を加熱し、HF系溶液
Lを直径約5mmに乾固させる。HF系溶液Lの乾固
後、新規半導体ウェーハW2を取り出す。このような乾
固処理工程を繰り返し、ウェーハラック13の半導体ウ
ェーハWの乾固処理は自動的に行われ完了する。このよ
うにして、複数枚の半導体ウェーハW上の不純物を別個
の1枚の半導体ウェーハW2の多数箇所に濃縮して分析
する試料が作製される。しかる後、上述した第1の実施
形態の場合と同様に試料の半導体ウェーハW2を全反射
蛍光X線分析法により分析する。
れば、複数枚の半導体ウェーハW上の不純物を別個の1
枚の半導体ウェーハW2の多数箇所に濃縮して試料を作
製できるので、試料の作製が短時間に行えるとともに、
分析時間も短縮することができる。
1を用いた半導体ウェーハWの不純物分析方法を説明す
る。なお、上記第1の実施形態および第2の実施形態の
試料作製装置と同一部分には、同一符号を付して説明す
る。
定時間経過後に分解液Lを回収するテフロン製の吸引ノ
ズル22は第1ウェーハ載置台6と離間し、かつ近接し
て配置された目皿34に、複数枚の半導体ウェーハWか
ら回収した分解液Lを滴下可能に設けられている。目皿
33に対向する上方には第2CCDカメラ24が配置さ
れている。
を用いた半導体ウェーハWの不純物分析方法を説明す
る。
同様に、吸引ノズル4により半球形状のHF系溶液Lを
回収する。しかる後、制御手段3により第2CCDカメ
ラ24を制御して、目皿34の所定の位置情報を取り込
み、所定位置の判定に基づき、制御装置11より駆動機
構25を制御して、吸引ノズル22を所定位置に移動さ
せ、吸引ノズル22によりHF系溶液Lを目皿34上に
滴下する。このような工程を繰り返し、複数枚の半導体
ウェーハW上の不純物を別個の1個の目皿34に試料と
して捕集することができる。
感度分析法、例えば図8に示すような一般に用いられて
いる誘導結合プラズマ質量分析法や原子吸光分光法例え
ばフレームレス原子吸光分光法により分析する。
ば、試料溶液は、ネプライザでガス化あるいはエアゾー
ル化されて、石英ガラス製のIPCトーチからなるプラ
ズマ発生器のアルゴンプラズマ中に導入される。さら
に、試料は大気圧プラズマ中で6000〜7000Kに
加熱され、各元素は原子化、さらにはイオン化される。
イオン化されたイオンはスキマー(インターフェイス)
を通過した後、イオンレンズ部でエネルギ収束され、最
後に高真空に排気された4重極型質量分析部に導かれて
分析される。
れば、複数枚の半導体ウェーハW上の不純物を別個の1
個の目皿34に捕捉できるので、半導体ウェーハW上の
不純物を1ケ所に濃縮し、特に誘導結合プラズマ質量や
原子吸光分光法に適する試料の作製が自動化でき、ま
た、試料の作製を迅速かつ容易に行うことができ、さら
に試料が汚染されることもない。
1を用いた半導体ウェーハの不純物分析方法によれば、
自動化され誰にも容易かつ迅速に分析ができ、試料の汚
染がなく、高感度の分析ができる。
ウェーハ上への分解液の滴下には、制御装置により制御
される駆動機構を具備する試料作製装置を使用して行う
例で説明したが、分解液の滴下はマニュアルであっても
よい。
インチシリコンウェー抜き出し、本発明の不純物分析お
よび従来の方法により汚染量の測定を行い、表1のよう
な結果を得た。
少ないことがわかった。
ることにより、シリコンウェーハの表面濃度は約3桁高
くなり、実質的に2桁高い高感度分析が可能となった。
分析方法によれば、自動化され誰にも容易かつ迅速に分
析ができ、試料の汚染がなく、高感度の分析ができる。
試料作製装置によれば、半導体ウェーハ上の不純物を1
ケ所に濃縮した、特に全反射蛍光X線分析法に適する試
料の作製を自動化できて、また、試料の作製を迅速かつ
容易に行うことができ、さらに試料が汚染されることも
ない。
の半導体ウェーハ上の不純物を別個の1枚の半導体ウェ
ーハの多数箇所に濃縮して試料を作製できるので、試料
の作製が短時間に行えるとともに、分析時間も短縮する
ことができる。
半導体ウェーハ上の不純物を別個の1個の目皿に捕捉で
きるので、半導体ウェーハ上の不純物を1ケ所に濃縮し
た、特に誘導結合プラズマ質量や原子吸光分光法に適す
る試料の作製が自動化できて、試料の作製を迅速かつ容
易に行うことができ、さらに試料が汚染されることもな
い。
吸引ノズルを的確に分解液にアクセスでき、迅速、的確
かつ容易に分解液の回収が行え、さらにCCDカメラは
固定的に配置されているので、CCDカメラの移動など
による発塵もなく、試料を汚染することもない。
や目皿の位置情報を読み取る第2のCCDカメラを設け
たので、吸引ノズルを的確に別個に設けられた半導体ウ
ェーハや目皿にアクセスでき、迅速かつ容易に分解液を
滴下できる。
ので、試料が汚染されることなく、正確かつ高感度の分
析に寄与する試料を作製することができる。
念図。
作製装置の制御系統図。
分析用の試料作製装置の概念図。
分析用の試料作製装置の概念図。
図。
原理図。
析法の原理図。
Claims (13)
- 【請求項1】 半導体ウェーハ上に分解液を滴下し、一
定時間経過後の半導体ウェーハ上の分解液位置をセンサ
手段で取り込み、制御手段で演算して分解液位置を判定
し、制御手段により回収手段を分解液の回収可能位置に
位置させ、回収手段により半導体ウェーハ上の分解液を
回収し、この回収された分解液を用いて高感度分析法に
より分析する半導体ウェーハの不純物分析方法。 - 【請求項2】 上記センサ手段はCCDカメラであるこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体ウェーハの不純
物分析方法。 - 【請求項3】 上記高感度分析法は全反射蛍光X線分析
法であることを特徴とする請求項1または2に記載の半
導体ウェーハの不純物分析方法。 - 【請求項4】 上記高感度分析法は誘導結合プラズマ質
量分析法であることを特徴とする請求項1または2に記
載の半導体ウェーハの不純物分析方法。 - 【請求項5】 上記高感度分析法は原子吸光分光法であ
ることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体ウ
ェーハの不純物分析方法。 - 【請求項6】 上記回収手段により、半導体ウェーハか
ら回収された分解液を、上記半導体ウェーハ上の所定の
位置に滴下し、この半導体ウェーハを加熱して分解液を
乾固する工程を含むことを特徴とする請求項3に記載の
半導体ウェーハの不純物分析方法。 - 【請求項7】 上記回収手段により、複数枚の半導体ウ
ェーハから別個に回収された分解液を、別個の半導体ウ
ェーハ上のそれぞれ異なる所定の位置に滴下し、この半
導体ウェーハを加熱して分解液を乾固する工程を含むこ
とを特徴とする請求項3に記載の半導体ウェーハの不純
物分析方法。 - 【請求項8】 上記複数枚の半導体ウェーハに滴化され
回収された分解液を目皿のそれぞれ別個の異なる所定の
位置に滴下し、この目皿に回収された分解液を用いて分
析を行う工程を含むことを特徴とする請求項4または5
に記載の半導体ウェーハの不純物分析方法。 - 【請求項9】 半導体ウェーハ上に滴下された分解液の
一定経過後の半導体ウェーハ上の分解液位置を取り込む
センサ手段と、このセンサ手段からの分解液位置情報を
受け、この分解液位置を演算して判定する制御手段と、
この制御手段により制御され、判定された分解液位置情
報に基づき分解液位置にアクセス可能に設けられて、所
定時間経過後に分解液を回収する回収手段とを有するこ
とを特徴とする半導体ウェーハの不純物分析用の試料作
製装置。 - 【請求項10】 上記回収手段は回収した分解液を別個
に配置された半導体ウェーハに滴下するように制御され
ることを特徴とする請求項9に記載の半導体ウェーハの
不純物分析用の試料作製装置。 - 【請求項11】 上記回収手段は回収した分解液を半導
体ウェーハから離間して配置された目皿に滴下するよう
に制御されることを特徴とする請求項9に記載の半導体
ウェーハの不純物分析用試料の作製装置。 - 【請求項12】 上記センサ手段はCCDカメラである
ことを特徴とする請求項9ないし11のいずれか1項に
記載の不純物分析用の試料作製装置。 - 【請求項13】 上記回収手段はテフロン(登録商標)
製ノズルであることを特徴とする請求項9ないし12の
いずれか1項に記載の不純物分析用の試料作製装置。
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---|---|---|---|
JP32843198A JP3542914B2 (ja) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | 半導体ウェーハの不純物分析方法およびこの方法に用いられる試料作製装置 |
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